Biologii plantelor au descoperit cum floarea-soarelui își folosește ceasul circadian intern, acționând asupra hormonilor de creștere, pentru a urmări soarele în timpul zilei pe măsură ce cresc.

„Este primul exemplu de ceas al unei plante care modulează creșterea într-un mediu natural și are repercusiuni reale pentru plantă”, spune Stacey Harmer, profesor de biologie a plantelor la Universitatea din California, Davis și autor principal al unei lucrări în jurnal. Ştiinţă.

Harmer este un biolog molecular care studiază ceasurile circadiene, de obicei în fabrica de laborator Arabidopsis, care este net mai mic decât o floarea soarelui. Anterior, laboratorul lui Harmer a descoperit legături între genele „ceas” și hormonul vegetal auxina, care reglează creșterea. Dar cercetătorii aveau nevoie de un exemplu la care să lucreze și l-au găsit în floarea soarelui.

Înfruntând drumul greșit

Floarea-soarelui în creștere încep ziua cu capetele îndreptate spre est, se învârte spre vest ziua și se întorc spre est noaptea.

„Planta anticipează momentul și direcția zorilor, iar pentru mine asta mi se pare un motiv pentru a avea o legătură între ceas și calea de creștere”, spune Harmer. Oamenii de știință încă din 1898 au descris acest comportament al floarea-soarelui, dar nimeni nu se gândise anterior să îl asocieze cu ritmurile circadiene.

Hagop Atamian, cercetător postdoctoral în laboratorul lui Harmer, în colaborare cu laboratorul colaboratorului Benjamin Blackman de la Universitatea Virginia (acum la UC Berkeley), a efectuat o serie de experimente cu floarea-soarelui în câmp, în ghivece în aer liber și în camere de creștere interioare. .

Așezând plantele astfel încât să nu se poată mișca, sau întorcând plantele în ghivece zilnic, astfel încât să fie în fața greșită, Atamian a arătat că le poate perturba capacitatea de a urmări soarele. Urmărirea soarelui oferă un impuls de creștere plantelor. Floarea-soarelui împușcat astfel încât să nu se poată mișca au o biomasă scăzută și o suprafață a frunzelor mai mică decât cele care o fac, au descoperit cercetătorii.

Când plantele au fost mutate într-o cameră de creștere interioară cu lumină de deasupra capului imobil, ele au continuat să se balanseze înainte și înapoi timp de câteva zile. Acesta este genul de comportament la care v-ați aștepta de la un mecanism condus de un ceas intern, spune Harmer.

În cele din urmă, plantele de interior au început să urmărească din nou „soarele” atunci când sursa aparentă de lumină a fost mutată în camera de creștere prin aprinderea și stingerea luminilor adiacente în timpul zilei. Plantele puteau urmări în mod fiabil mișcarea și să se întoarcă noaptea când ziua artificială era aproape de un ciclu de 24 de ore, dar nu și când era mai aproape de 30 de ore.

Est si Vest

Deci, cum își mută plantele tulpinile în timpul zilei? Atamian a pus puncte de cerneală pe tulpini și le-a filmat cu o cameră video. Pe un videoclip time-lapse, el a putut măsura distanța în schimbare dintre puncte.

Când plantele urmăreau soarele, partea de est a tulpinii creștea mai rapid decât partea de vest, a descoperit el. Noaptea, partea de vest a crescut mai repede pe măsură ce tulpina se legăna în sens invers. Echipa a identificat o serie de gene care au fost exprimate la niveluri mai înalte pe partea spre soare a plantei în timpul zilei sau pe cealaltă parte noaptea.

Harmer spune că par să existe două mecanisme de creștere la lucru în tulpina floarea-soarelui. Primul stabilește o rată de bază de creștere a plantei, pe baza luminii disponibile. Al doilea, controlat de ceasul circadian și influențat de direcția luminii, face ca tulpina să crească mai mult pe o parte decât pe alta și, prin urmare, să se balanseze de la est la vest în timpul zilei.

Pe măsură ce floarea soarelui se maturizează și floarea se deschide, creșterea generală încetinește, iar plantele încetează să se miște în timpul zilei și se așează cu fața spre est. Acest lucru pare să se datoreze faptului că, pe măsură ce creșterea generală încetinește, ceasul circadian asigură că planta reacționează mai puternic la lumină dimineața devreme decât după-amiaza sau seara, așa că încetează treptat să se miște spre vest în timpul zilei.

„Albinele le plac florile calde”

Oricum, de ce floarea soarelui matur este orientată spre est? Cercetătorii au crescut floarea-soarelui în ghivece pe câmp, iar unele dintre ele le-au rotit spre vest. Măsurând florile cu o cameră cu infraroșu, ei au descoperit că floarea soarelui orientată spre est s-a încălzit mai repede dimineața și, de asemenea, a atras de cinci ori mai multe insecte polenizatoare. Încălzirea florilor orientate spre vest cu un încălzitor portabil a adus mai mulți polenizatori înapoi la flori.

„Albinelor le plac florile calde”, spune Harmer.

„La fel ca oamenii, plantele se bazează pe ritmurile zilnice ale zilei și ale nopții pentru a funcționa”, spune directorul programului, Anne Sylvester. „Floarea soarelui, ca și panourile solare, urmează soarele de la est la vest. Acești cercetători folosesc informațiile din genomul floarea-soarelui pentru a înțelege cum și de ce floarea soarelui urmărește soarele.”

Coautori suplimentari ai lucrării sunt Nicky Creux de la UC Davis și Evan Brown și Austin Garner de la Universitatea Virginia. Programul de cercetare al genomului plantelor al Fundației Naționale de Știință a susținut munca.

Sursa: UC Davis

Cărți conexe

at InnerSelf Market și Amazon